Jeste li upoznati s definicijom supercelice? Činilo mi se da je to nešto iz područja matematike ili nuklearne fizike. Možda postoji tako nešto, ali sada ćemo govoriti o prirodnim pojavama.
Uzrok takvih pojava kao što su grmljavinska oluja, jaka kiša i jači udar vjetra su monocelularni i višećelijski kumulonimbusni oblaci, koji se ljeti često nakupljaju na nebu. Monocelija je jedan jedini oblak kumulonimbusa koji postoji neovisno od ostalih. Više ćelija je već gomila (nakupljanje) monoćelija koje su spojene jednim nakovom. Odnosno, kada jedna stanica propadne, tada dolazi do drugog jezgra u njenoj blizini ili nukleacija istovremeno. Ti kompleksi mogu zauzimati područje od nekoliko desetaka do nekoliko stotina tisuća km2.
Potonji se nazivaju Mesoscale Convective Clusters (MCC). Oni su u stanju izazvati snažne pljuskove, tuču i obilne kiše. Međutim, oni nisu ništa posebno - samo nakupljanje snažnih kumulonimbusnih oblaka. Ali postoji atmosferska formacija koja proizvodi još teže vremenske uvjete, uključujući tornado i to se zove superćelija. Njihovi uvjeti i struktura tvorbe bitno se razlikuju od običnih kumulonimbusnih oblaka. A ovaj članak govori samo o ovim nevjerojatnim, rijetkim i uzbudljivim objektima atmosfere.
Monocelije i višećelije
Za početak, razmotrimo procese formiranja konvencionalnih monocelija. Na vedrog ljetnog dana sunce zagrijava podlogu. Kao rezultat toga, dolazi do toplinske konvekcije, što dovodi do stvaranja "embrija" buduće grmljavinske oluje - ravnih kumulusnih oblaka (Cu hum.), Čija visina ne prelazi 1 km. Obično nastaju kaotično rastućim volumenom zagrijanog zraka - termi u obliku mjehurića. U ovom slučaju, rezultirajući oblak trajat će neko vrijeme (deseci minuta) i na kraju će se otopiti bez prelaska u drugu fazu razvoja. Drugačija je stvar kada toplina u nastajanju poprima oblik ne mjehurića, već kontinuiranog strujanja zraka. Istovremeno, na mjestima iz kojih se zrak dizao, nastaje rijetkost. Sa strana je ispunjen zrakom. Iznad, naprotiv, višak zraka ima tendenciju da se širi na strane. Na određenoj udaljenosti zračni se promet zatvara. Kao rezultat, nastaje konvektivna stanica.
Štoviše, Cu hum. prelazi u kumulusnu sredinu ili kumulusne snažne oblake (Cu med., Cu cong.), čija je visina već do 4 km. Kumulusni ravni oblak preći će u srednji oblak, a potom u snažan ili će završiti svoju evoluciju, ostajući u prvoj fazi, ovisi samo o stanju atmosfere na određenom mjestu i u određenom vremenu. Glavni čimbenici koji doprinose rastu konvektivnih oblaka su oštar pad temperature s visinom u pozadinskoj atmosferi, kao i oslobađanje topline tijekom faznih prijelaza vlage (kondenzacija, smrzavanje, sublimacija), što zahtijeva dovoljno visok sadržaj vodene pare u zraku. Ograničavajući faktor je prisutnost u atmosferi slojeva u kojima temperatura lagano pada s visinom, do izoterme (temperatura se ne mijenja s visinom) ili inverzije (zagrijavanje s visinom). Pod povoljnim uvjetima, Cu Kong.pretvara se u kumulonimbusni oblak Cb koji uzrokuje pljuskove, grmljavinu i tuču. No u svakom slučaju, kumulonimbusni oblak u početku se pojavljuje kao Cu hum, a ne spontano.
Promotivni video:
Izrazito obilježje ovog oblaka je ledeni vrh, koji je dosegao inverzijski sloj (visina Cb određena je razinom kondenzacije i nivoom konvekcije - odnosno donje i gornje granice oblaka. U tropskim širinama visina ovih oblaka može doseći 20 km i probiti se kroz tropopauzu). Zove se nakovanj i predstavlja sloj gustih cirrusnih oblaka razvijenih u vodoravnoj ravnini. U ovom trenutku oblak je dostigao svoj maksimalni razvoj. Istodobno, uz uzlazne potoke u oblaku, nastaju silazni potoci kao rezultat oborina. Pad oborine hladi okolni zrak, postaje gušći i počinje se spuštati na površinu (mi taj proces na zemlji promatramo kao bura) i sve više blokira uzlazne poteze, koji su vrlo potrebni za postojanje oblaka. I svaki pad silaza štetno utječe na geneu oblaka.
Stoga, oblak koji je narastao do stupnja Cb odmah potpisuje vlastiti nalog za smrt. Studije pokazuju da silazi u donjem dijelu i u sloju ispod oblaka imaju posebno snažan učinak - ispod oblaka, figurativno rečeno, temelji su srušeni. Kao rezultat toga, započinje posljednja faza postojanja Cb - njegovo rasipanje. U ovoj se fazi samo oblaci opažaju pod oblakom, potpuno zamjenjujući uzlazne; oborine postupno slabe i prestaju, oblak postaje manje gust, postupno prelazi u sloj gustih cirrusnih oblaka. Ovdje završava njegovo postojanje. Dakle, oblak prođe kroz sve faze evolucije u oko sat vremena: oblak raste za 10 minuta, faza zrelosti traje oko 20 - 25 minuta, a raspršivanje se javlja za oko 30 minuta.
Monocelija je oblak koji se sastoji od jedne konvektivne stanice, ali najčešće se (u oko 80% slučajeva) opažaju više ćelije - skupina konvektivnih stanica u različitim fazama razvoja, objedinjene jednim nakovom. Tijekom višeslojne grmljavinske oluje, silazni tokovi hladnog zraka "roditeljskog" oblaka stvaraju uzlazne potoke koji tvore grmljavinu "kćeri". Međutim, mora se zapamtiti da sve stanice nikada ne mogu biti istovremeno u istoj fazi razvoja! Životni vijek više ćelija je mnogo duži - redom od nekoliko sati.
Nadćelija. Osnovni koncepti
Supercelija je vrlo moćna konvektivna monocelija. Postupak njegovog formiranja i strukture vrlo se razlikuje od običnih kumulonimbusnih oblaka. Stoga je ovaj fenomen od velikog interesa za znanstvenike. Zanimanje leži u činjenici da se obična monocelija pod određenim uvjetima pretvara u svojevrsno "čudovište" koje može postojati otprilike 4 - 5 sati praktički nepromijenjeno, što je kvazi stacionarno i generira sve opasne vremenske pojave. Promjer superćelije može doseći 50 km ili više, a njegova visina često prelazi 10 km. Brzina u usponu unutar superćelije doseže 50 m / s pa čak i više. Kao rezultat toga, tuča se često formira s promjerom od 10 cm ili više. U nastavku ćemo razmotriti uvjete formiranja, dinamiku i strukturu superćelije.
Glavni čimbenici potrebni za stvaranje superćelije su smicanje vjetra (promjena brzine i smjera vjetra s visinom u sloju 0 - 6 km), prisutnost mlaznog toka na niskim razinama i snažna nestabilnost u atmosferi kada se primijeti "eksplozivna konvekcija". U početku oblak ima karakteristike monocelije s izravnim uzlaznim strujama toplog i vlažnog zraka, ali tada se na određenoj visini opaža smicanje vjetra i / ili mlazni tok, koji počinje spiralirati uzlazni tok i lagano ga naginjati od okomite osi. Na prvoj slici crvena tanka strelica prikazuje smicanje vjetra (mlazni tok), široka strelica - uzlazno podizanje.
Kao rezultat svog dodira s mlaznim tokom, počinje spirati u vodoravnoj ravnini. Tada se uzlazni tok, koji se okreće u spiralu, postupno transformira iz vodoravne u vertikalniju. To se može vidjeti na drugoj slici. U konačnici, uzdizanje poprima gotovo okomitu os. Istodobno se rotacija nastavlja, a ona je toliko snažna da se na kraju probije kroz nakovnja, tvoreći kupolu iznad nje - uzvišenu krunu. Izgled ove kupole ukazuje na snažne nadolazeće poteze koji su u stanju probiti inverzijski sloj. Ovaj okretni stupac je "srce" superćelije i naziva se mezociklonom. Promjer mu se može kretati od 2 do 10 km. Visoka kruna samo ukazuje na prisutnost mezociklona.
Dugi životni vijek i stabilnost superćelije povezan je sa sljedećim. Zbog mezociklona, oborine nastaju malo dalje od uzlazne pojave, i zbog toga se opažaju i spuštanja silaza u stranu (uglavnom s obje strane mezociklona). U ovom slučaju, oba potoka (silazno i uzlazno) koegzistiraju jedan s drugim - oni su prijatelji: spuštajući se, bivši pomiče topli zrak prema gore i ne blokira mu pristup ćeliji i na taj način dodatno pojačava uzlazni tok. I što je jači podizanje sila, to su jače oborine, što uzrokuje još veće padova, koji sve više i više tjeraju površinski zrak prema gore. A ako se ćelija usporedi s kotačem, ispada da oborina u takvoj situaciji, kao da je, vrti ovo kolo. Zbog toga je supercelica sposobna postojati više sati,proširivši se za to vrijeme širinama i duljinama desetaka kilometara, stvarajući veliku tuču, obilne kiše i često tornada. U ovom trenutku na površini zemlje pojavljuju se 3 mini fronta: 2 hladna u području silaznih tokova, a topla u području uspona (vidi Sliku 1). Odnosno, pojavljuje se minijaturni ciklon čiji je "zametak" upravo isti mezociklon.
Kao što je gore spomenuto, tornada nastaju ne samo u superćelijama, već i u običnim mono- i više ćelijama. Međutim, postoji velika razlika: u superćeliji se istovremeno opažaju oborine i tornada, a u mono- i više ćelija - prvo tornado, a zatim oborina i na području gdje je opažen tornado. To je zbog nepostojanja očitog pomaka u prostoru gornjeg "kristalogenskog" dijela oblaka, te donjeg dijela u koji struji topli zrak. Povrh toga, u superćelijama obično se nalazi mlazni tok iznad vrha, koji prenosi raseljeni zrak daleko od oblaka, kao rezultat toga opaža se jako izduženo nakovanje (vidi Sliku 1), dok je u normalnoj ćeliji hladan zrak istisnut toplim dodatno blokira "vlast". Stoga su tornada u takvim stanicama kratkotrajna, slaba,i rijetko su u fazi većoj od oblaka lijevka.
Treba napomenuti da su superćelije velike i male, s niskom ili visokom uzdignutom krunom, i mogu se oblikovati bilo gdje, ali uglavnom u središnjim državama Sjedinjenih Država - Velikoj ravnici. U Europi i Rusiji izuzetno su rijetki, a postoji samo jedna vrsta - HP superćelije. Klasifikacija će biti obrađena u nastavku. Supercelice su uvijek povezane s značajnim smicanjem vjetra i visokim CAPE vrijednostima - pokazatelj nestabilnosti. Za superćelije, vertikalna granica smicanja počinje od 20 m / s u sloju od 0 do 6 km.
Sve superćelije proizvode oštre vremenske uvjete (tuča, pljuskovi, kišne oluje), ali samo 30% ili manje njih stvara tornada, pa se mora pokušati razlikovati supercelice koje generiraju tornado od "mirnijih".
Snažan pomak u sloju od 0 do 6 km (dugački hodograf) i dovoljan uzgon su potrebni za stvaranje moćnog mezociklona. Stvaranje superćelije pod uvjetom značajne zakrivljenosti hodografa u sloju od 0-2 km potiče razvoj tornada. Međutim, razvoj tornada ovisi o dinamičkoj strukturi oluje. Za snažni razvoj mezociklona i tornada mora postojati snažna rotacija i okomita rotacija. Vodoravni vrtložnik uzrokovan okomitim smicanjem presudan je u stvaranju mezociklona.
Supercelice se uglavnom klasificiraju u 3 vrste. No, sve superćelije jasno ne odgovaraju određenoj vrsti i često prelaze s jedne vrste na drugu u toku svoje evolucije. Sve vrste stanica generiraju teške vremenske uvjete.
Klasična supercelica - To je, idealna superćelija, koja sadrži gotovo sve gore navedene elemente, i na radarskom i na vizualnom području. Indeksi nestabilnosti za ovu vrstu su: CAPE: 1500 - 3500 J / kg, Li od -4 do -10. Ali u prirodi su takve stanice prilično rijetke, a druge dvije vrste se češće promatraju.
LP (low padavine) vrsta superćelije. Ova klasa superćelija ima malo područje s malim količinama oborina (kiša, tuča), odvojeno od uzdizanja. Ovu vrstu lako je prepoznati po isklesanim utorima u oblaku u podnožju podizanja, a ponekad ima izgled „gladnih“u odnosu na klasičnu supercelu. To je zato što se formiraju duž tzv. suhe linije (kada se u blizini površine primjećuje topao i vlažan zrak, koji se poput hladnog pročelja, pod vrućim i suhim zrakom klizi, budući da je potonji manje gust), ima malo dostupne vlage za svoj razvoj, usprkos jakom smicanju vjetra … Takve ćelije obično brzo propadaju bez prelaska u druge vrste. Obično stvaraju slabe tornada i granaju manje od jednog inča. Zbog nedostatka obilnih kišaova vrsta stanica ima slabe radarske refleksije bez jasnog odjeka kuka, iako se u to vrijeme zapravo primjećuje tornado. Gromova aktivnost takve ćelije znatno je niža u usporedbi s drugim tipovima, a munje su pretežno unutar oblaka (IC), a ne između oblaka i zemlje (CG). Ove superćelije nastaju pri CAPE jednakoj 500 - 3500 J / kg i Li: -2 - (-8). Takve ćelije nalaze se uglavnom u središnjim državama Sjedinjenih Država tijekom proljetnih i ljetnih mjeseci. Primijećene su i u Australiji. Takve ćelije nalaze se uglavnom u središnjim državama Sjedinjenih Država tijekom proljetnih i ljetnih mjeseci. Primijećene su i u Australiji. Takve ćelije nalaze se uglavnom u središnjim državama Sjedinjenih Država tijekom proljetnih i ljetnih mjeseci. Primijećene su i u Australiji.
Supercell tip HP (visoke oborine). Ova vrsta superćelije ima mnogo veće količine oborina od ostalih vrsta, koje mogu u potpunosti okružiti mezociklona. Takva je stanica posebno opasna, jer može sadržavati snažan tornado, koji je vizualno skriven iza zida oborina. HP supercelice često uzrokuju poplave i jake nizbrdice, ali je manje vjerojatno da će stvoriti veliku tuču od ostalih vrsta. Primjećeno je da ove superćelije generiraju više IC i CG pražnjenja od ostalih vrsta. CAPE indeks za ove superćelije je 2000 - 7000 J / kg ili više, a Li bi trebao biti ispod -6. Takve se stanice kreću relativno sporo.
Nakon 4 godine neuspješnih pretraga, fotograf Mike Olbinski pronašao je ono što je tražio. 3. lipnja u blizini Booker-a u Teksasu vidio je onu vrlo rijetku rotirajuću supercelu.
Pogledajte cijeli zaslon u HD kvaliteti:
Evo još jednog videa: